（计算机应用技术专业论文）多链路ppp捆绑算法的研究及改进.pdf

鹾北工业大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着宽带网络接入的普及，很多企业都可以采用多种方式上网，这些方式包 括电话线拨号、a d s l 、无线接入等。在一些远离城市的地方，可能这些企事业单 位只能申请a d s l 、无线、甚至会采用电话线拨号的方式来上网。为了提高带宽 和防止由于单条线路的失败而导致整个网络中断，这些企事业单位往往会申请两 条、甚至多条链路。 但多条链路接入后，很多企事业单位并没有使它们充分地发挥效用。网速增 加的效果很有限，而且还经常出现上网时断时续，有时干脆罢工的局面。这是因 为这些单位往往会把不同的宽带进行分配，这拨人用第一条，那拨人用第二条。 这样一来，两条宽带经常一条忙死、一条闲死，多条宽带的使用不匀称意味着资 源的极大浪费。 因此可采用m u l t i l i n k - p p p 0 1 ( m p ) 技术，多链路点对点协议( m p ) 的作用 是把由多条物理链路捆绑成一条虚链路，此虚链路的带宽为被捆绑的各条物理链 路带宽总和；当其中一条物理线路坏掉时，其它的线路自动维持正常的数据传输， 只是逻辑通道的总带宽减少了一些，这样也就避免了单条线路的失败导致整个网 络中断的问题。 但是，如果多条接入链路的带宽并不能达到同一水准，这样的话，采用目前 r o u n d r o b i n 轮询策略的问题就随之而来。比如现有两条a d s l 线路，其中一条 带宽为1 m 的、另外一条带宽为5 1 2 k ，那么由这种策略所产生的总的带宽不能达 到物理总和1 5 m ，而由于受到最窄带宽的瓶颈限制，所以实际带宽总和只能达 到1 m ，这样就有0 5 m 的带宽被闲置，造成了资源的浪费。 本文在阐述整个多链路p p p i 9 】工作原理的基础上，指出了在多条接入链路的 带宽不等的情况下，r o u n d - r o b i n 轮询算法的弊端，并因地适宜地提出了加权轮 询策略、t r y - b e s t 算法来提高虚链路的带宽。 关键词：m u l t i l i n k _ p p p ，r o u n d - r o b i n ，加权轮询策略，t r y - b e s t 算法 阳北工业大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no fb r o a d b a n dn e t w o r k ，al o to fe n t e r p r i s e sc a na d o p t m a n yw a y st os u r f t h ei n t e m e t ，w h i c hi n c l u d et e l e p h o n ew i r ed i a l i n g ，a d s ln e t w o r k ， w i r e l e s sn e t w o r k ，e t c i ns o m ep l a c e sf a ra w a yf r o mc i t y , p e r h a p sb e c a u s et h e s e e n t e r p r i s e sa n di n s t i t u t i o n sc a no n l yu s ea d s ln e t w o r k ，w i r e l e s sn e t w o r k ，e v e nw i l l u s et e l e p h o n ew i r et os u r ft h ei n t e r a c t i no r d e rt oi m p r o v et h eb a n d w i d t ha n da v o i d t h ew h o l en e t w o r kb e i n gc u to f fw h e nas i n g l el i n kf a i l ，t h e s ee n t e r p r i s e sa n d i n s t i t u t i o n sw i l lo f t e nu s et w oo rm o r el i n k s h o w e v e r e v e ni fm a n yl i n k sa r eu s e d m a n ye n t e r p r i s e sa n di n s t i t u t i o n sd o n t m a k ef u l lu s eo ft h e m ，t h es p e e dd o e s n ti n c r e a s ev e r ym u c ha si ts h o u l db e t h i si s b e c a u s et h e s el i n k sh a v ed i f f e r e n tb r o a d b a n dd i s t r i b u t i o n , o n eg r o u po fp e o p l eu s et h e f i r s tl i n k ，a n o t h e rg r o u po fp e o p l eu s et h es e c o n dl i n k a sar e s u l t ，p e r h a p so n eo f t h e s e st w ol i n k si sb u s ya n dt h eo t h e rl i n k si sv e r yi d l e u n d o u b t e d l y , i tm e a n st h e t r e m e n d o u sw a s t eo f r e s o u r c e st h a tan u m b e ro f l i n k sa r en o tw e l lp r o p o r t i o n e d t h e r e f o r em a n ye n t e r p r i s e sh a v ea d o p t e dm u l t i l i n k - p p pt e c h n o l o g y t h eg o a lo f m u l t i l i n ko p e r a t i o ni st oj o i nt h el i n k st o g e t h e ri n t oa na g g r e g a t el i n k ( b u n d l e ) t h e b a n d w i d t ho ft h eb u n d l ei st h es u mo fa l ll i n k s b a n d w i d t h a n o t h e rg o a lo fm u l t i l i n k o p e r a t i o n i st om a k et h eo t h e rl i n ka u t o m a t i c a l l ym a i n t e n a n c en o r m a ld a t a t r a n s m i s s i o n sw h e no n ep h y s i c a ll i n ki sb a d ，w h i c ha v o i dt h a tt h ef a i l u r eo f o n es i n g l e l i n kr e s u l ti ne n t i r en e t w o r kc a nn o tw o r k i nt h ed i s s e r t a t i o n ，t h ed i s a d v a n t a g eo ft h er o u n d - r o b i na l g o r i t h mi si n d i c a t e d ， a n dt h ee m p h a s e so ft h ed i s s e r t a t i o ni st os t u d ya n dd i s c u s st w os t r a t e g i e s ：o n ei st h e w e i g h t e dr o u n d - r o b i n ，t h eo t h e ri st h et r y b e s ta l g o r i t h m ，w h i c hc o m p a r i n g t ot h e r o u n d - r o b i n ，c a l li m p r o v et h eb a n d w i d t ho fb u n d l em o r ew h e ne a c hl i n k h a s d i f f e r e n tb a n d w i d t h k e ) , w o r d s ：m u r i l i n k - p p p , r o u n d - r o b i n ，w e i g h t e dr o u n d - r o b i n ，t r y - b e s t a l g o r i t h m l l 蔼北工业大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 课题的提出背景 第一章概述 随着宽带网络接入的普及，很多企业都不止使用了一条宽带，有的是两条 a d s l ，还有的是一条大楼或社区的以太网宽带加上一条a d s l ，同时申请四、五 条以上的也不少见。但多条宽带接入后，很多企业并没有使它们充分地发挥效用， 网速增加的效果很有限，而且还经常出现上网时断时续，有时干脆罢工的局面。 这是什么原因，该如何改观呢? 专家认为，多申请了一条宽带而网速并未大幅增加，主要是由于没有把宽带 接入进行综合利用。 企业往往会把不同的宽带进行分配，这拨人用第一条，那拨人用第二条。这 样一来，两条宽带经常一条忙死，一条闲死。对上网数据来说，一秒钟的闲暇已 经是极大的空隙了，无疑，多条宽带的使用不匀称意味着资源的极大浪费。另外， 多申请了一条宽带后。内部网络的结构变得复杂了，网络出故障的次数也相应增 多了，需要花更多的力气不断去维护管理。有些公司不得不拿出一台p c 机或服 务器专门用来做宽带接入，插2 块网卡接2 路宽带。实际上，这是用软件来担当 共享上网的任务，复杂的软件配置本身就让人头疼，再加上各种网络攻击、病毒、 海量广告等，使得软件运行经常很不可靠，动辄就死机、掉线。 有的企事业单位因此采用m u l t i l i n k p p p ”3 技术，将多条接入线路在逻辑上 捆绑在一起，在使用过程中被当成一条线路。当有数据要通过该线路传输时，数 据包被分成等大小的多块同时在多条线路上传输，以加快传输速度，当数据到达 另一端时再被从新组装在一起，还原为原始的数据包，以达到加快数据传输的目 的：当其中一条物理线路坏掉时，其它的线路自动维持证常的数据传输，只是逻 辑通道的总带宽减少了一些，这样也就避免了单条线路的失败导致攘个网络中断 的问题。 如果，多条接入链路的带宽并不能达到同一水准，也就是说有的接入速率大， 有的接入速率小，这样的话，采取r o u n d - r o b i n 策略的问题随之而来。比如一条 1 西北工业大学硕士学位论文 第一章概述 带宽为2 m ，一条为l m ，那么由这种策略所产生的总的带宽不能达到物理总和3 m ， 而由于受到最窄带宽的瓶颈限制，所以实际带宽总和只能达到2 m ，这样就有1 链 的带宽被闲置，同样带来了资源的浪费。 因此，我们非常有必要研究出一些更有效的轮询算法来提高多链路捆绑后的 总带宽。本课题的目的就是寻求更多、更有效的轮询算法来提高多链路捆绑后的 总带宽。 1 1 1p p p 技术介绍 p p p 协议包括以下三个部分： d 1 、在串行链路上封装i p 数据报的方法。p p p 既支持数据为8 位和无奇偶检验 的异步模式( 如大多数计算机上都普遍存在的串行接口) ，还支持面向比特的同 步链接。 2 、建立、配置及测试数据链路的链路控制协议( l c p “1 ：l i n kc o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 。它允许通信双方进行协商，以确定不同的选项。 3 、对不同网络层协议的网络控制协议( ncp ：n e t w o r kc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 体系。当前r f c 定义的网络层有i p 、o s i 网络层、d e c n e t 以及a p p l e t a l k 。例如， i pn c p 允许双方商定是否对报文首部进行压缩，类似于c s l i p ( 缩写词n c p 也可用 在t c p 的前面) 。 r f c1 5 4 8 s i m p s o n1 9 9 3 描述了报文封装的方法和链路控制协议。r f c1 3 3 2 m c g r e g o r1 9 9 2 描述了针对i p 的网络控制协议。 p p p 数据帧的格式看上去很像i s o 的b d l c ( 高层数据链路控制) 标准。p p p 数 据帧的格式如图卜1 所示。 2 西北工业大学硕士学位论文 第一章概述 l 11 2 最多1 5 0 0 宇节 21 l 麓籍| i p 数据报 i io o 班 ”取掘8 i l 协c 0 议2 1l 链鼹 垒制数据撮i ll h3 i m ”i l 8 协0 议2 1 8 0 2 1i 网蟮擦削数据l li r m m “| 图1 1p p p 数据帧的格式 每一帧都以标志字符o x 7 e 开始和结束。紧接着是一个地址字节，值始终是o x f f ，然后是一个值为o x 0 3 的控制字节。 接下来是协议字段，类似于以太网中类型字段的功能。当它的值为o x 0 0 2 1 时，表示信息字段是一个i p 数据报；值为o x c 0 2 1 时，表示信息字段是链路控制数 据；值为0 x 8 0 2 1 时，表示信息字段是网络控制数据。 c r c 字段( 或f c s ，帧检验序列) 是一个循环冗余检验码，以检测数据帧中的 错误。 由于标志字符的值是o x 7 e ，因此当该字符出现在信息字段中时，p p p 需要对 它进行转义。在同步链路中，该过程是通过一种称作比特填充( b i ts t u f f i n g ) 的硬件技术来完成的 t a n e n b a u m1 9 8 9 。在异步链路中，特殊字符o x 7 d 用作转义 字符。当它出现在p p p 数据帧中时，那么紧接着的字符的第6 个比特婪取其补码， 具体实现过程如下： 1 ) 当遇到字符o x t e 时，需连续传送两个字符：o x 7 d 和o x 5 e ，以实现标志字 符的转义。 2 ) 当遇到转义字符o x t d 时，需连续传送两个字符：o x 7 d $ i o x 5 d ，以实现转 义字符的转义。 3 ) 默认情况下，如果字符的值小于o x 2 0 ( 比如，一个a s c i i 控制字符) ，一 般都要进行转义。例如，遇到字符o x 0 1 时需连续传送o x 7 d 和o x 2 1 两个字符( 这时， 第6 个比特取补码后变为l ，而前面两种情况均把它变为o ) 。 这样做的原因是防止它们出现在双方主机的串行接口驱动程序或调制解调 器中，因为有时它们会把这些控制字符解释成特殊的含义。另一种可能是用链路 西北工业大学硕士学位论文 第一章概述 控制协议来指定是否需要对这3 2 个字符中的某一些值进行转义。默认情况下是对 所有的3 2 个字符都进行转义。与s l i p 。”类似，由于p p p 经常用于低速的串行链路， 因此减少每帧的字节数可以降低应用程序的交互时延。利用链路控制协议，大 多数的产品通过协商可以省略标志符和地址字段，并且把协议字段由2 个字节减 少到1 个字节。 1 1 2 多链路p p p 技术的产生 点到点协议，e n p p p 协议用于通过串口在两个系统间建立一种一对一的连接， 而m p ( m u l t i l i n kp o i n t t o p o i n tp r o t o c 0 1 ) 称为多链路点到点协议，它是p p p 协议的扩展。同p p p 协议一样，用于建立点到点之间的连接。m p 与p p p 的不同之处 在于它可将从相同的源地址到相同的目的地址、满足“一定”条件的多个链路捆 绑在一起，形成一个虚拟的链路，称为一个链路束b u n d l e 。用户或网络层将b u n d l e 当做一个普通的链路，向它发送或接收数据包，b u n d l e 中实际由多少条物理链路 捆绑而成，数据如何在各个链路间分包整合等内容对上层是透明的。多条链路 捆绑在一起，形成b u n d l e 后，两个系统间可用的带宽就是所有链路的带宽之和。 因而两个系统问建立了“一条”高速通路，极大地提高了数据的传输效率。一般， m p 协议可用于路由器、i s p 等有能力建立多条物理线路的系统之间。 m u l t i l i n kp p p 的主要优势在于： 1 、它是公开的标准，因此至少在理论上提供了跨厂商的协同工作能力和兼 容性。甚至对于单条t c p i p 连接也同样具有优势，例如一个f t p 下载，就能够 从多链路中得到好处。假如你透过捆绑两条链路的一个p p pm u l t i l i n k 连接下载 一个文件，下载的速度将会快两倍。不管是f t p 客户端还是服务器端都不会知道 中间是一个多链路的连接。简单来说，由于p p pm u l t i l i n k 是透明的协议，任何 在主机和客户端之间使用单连接的协议，例如终端仿真，都将从多链路所提供的 带宽整合中得益。 2 、容错功能。当其中一条物理线路坏掉时，其它的线路自动维持正常的数 据传输，只是逻辑通道的总带宽减少了一些，这样也就避免了单条线路的失败导 致整个网络中断的问题。 西北工业大学硕士学位论文 第一章概述 1 2 论文的研究内容和组织结构 1 2 1 论文的研究内容 本论文研究了多链路p p p 的工作原理，在此基础上详细分析了r o u n d r o b i n 工作原理，并且指出了在面对链路之间带宽不等时，r o u n d r o b i n 自身的缺陷。 针对r o u n d - r o b i n 的缺陷，本论文提出了加权轮询策略和t r y - b e s t 算法，并且 详细介绍了此两种的算法的工作原理、详细实现过程。并且最后通过对不同大小、 不同类型的文件传输速率的测试，证明加权轮询策略和t r y b e s t 算法相比于 r o u n d r o b i n 而言，确实能更好地提高b u n d l e 的带宽。 1 2 2 论文的组织结构 第一章概述。介绍了论文研究的课题背景，以及课题的相关技术基础，论 文的研究内容和章节安排。 第二章p p p 的工作原理。这一章详细叙述了p p p 的组成、p p p 的运行机制、 另外还介绍了链路控制协议l c p 、p p p 的验证协议p a p 、c h a p ；接着还讲述了p p p o v e re t h e r n e t 、p p po v e rt c p 的由来，及其他们的工作原理。 第三章多链路p p p 的工作原理。这一章详细叙述了p p p 的组成、p p p 的运 行机制，另外还介绍了链路控制协议l c p 、p p p 的p a p 验证、c h a p 验证；接着还 讲述了p p po v e re t h e r n e t 、p p po v e rt c p 的由来，及其他们的工作原理。 第四章对r o u n d r o b i n 算法的改进。本章将指出在链路之间带宽不等的情 况，r o u n d r o b i n 算法的缺陷，提出了解决r o u n d - r o b i n 算法缺陷的两种算法： 其一，加权轮询策略；其二，t r y - b e s t 算法。 西北工业大学硕士学位论文 第二章p p p 的工作原理 第二章p p p 的工作原理 本章详细阐述了p p p 的组成、p p p 的运行机制，另外还介绍了链路控制协议 l c p 、p p p 的p ap 8 验证、c h a p 验证；接着还讲述了p p po v e re t h e r n e t 、p p po v e r t c p 的由来，及其他们的工作原理。 2 1p p p 的组成 p p p 由一组协议组成，从p p p 的最初始定义开始，不断有新的协议加盟到这 个协议族中来。p p p 的基本思想由三部分组成： 1 、p p p 的多协议数据封装方法 p p p 的主要目的是为高层的局域网协议通过广域网传输提供一种标准的封装 机制。这种封装是在o s i 七层协议的第二层，即数据链路层实现的。p p p 的封装 格式基于h d l c 的包结构，并在其基础上增加了1 6 位的协议标识域，以使接收端 能够准确地区分p p p 报文中数据的协议类型。正是由于这个协议域的存在，才使 得p p p 可以支持多种网络层协议。 8 ，1 6b i t s l ：! 竺! ! l竺! ：竺竺i ! 型堕，_ j 图2 - 1p p p 数据封装格式 2 、p p p 的链路控制协议( l c p ) l c p 数据包用来检查对方设备是否支持p p p ，建立p p p 数据链路层的链接， 并协商链接的各种参数，如最大报文长度，是否需要验证协议等等。此部分内容 又通过l c p 的参数协商扩展出许多p p p 的附属协议，如c h a l l e n g eh a n d s h a k e a u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l ( 口令握手验证协议c h a p ) ，l i n kq u a l i t yr e p o r t ( 链 路质量报告协议) ，m u l t i l i n k p p p ( 多链路p p p ) 等等。 3 、p p p 的网络控制协议族( n c p s ) 数据链路层的链接建立好之后，必须由相应的控制协议建立网络层的链接， 才能传输此网络层协议的数据包。在传输完成之后，也必须由其控制协议撤销网 6 西北工业大学硕士学位论文 第二章p p p 的工作原理 络层的链接。因此，每一个在p p p 上传输的高层协议都有其对应的控制协议，比 如i p 的控制协议i p c p ，a p p l e t a l k 的控制协议a p c p 等等。这些网络层控制协议 可以协商它们各自的选项。比如i p c p 可以动态协商本地和远端的i p 地址，协商 是否使用v j 的t c p i p 报头压缩等。由于p p p 支持多个网络层协议的同时传输， 因此一个l c p 上可以对应多个n c p ，每个n c p 又为对应的网络层协议服务。其相 互控制关系如图2 - 2 所示： 圈2 - 2l c p 与n c p 的控制关系图 扩展的p p p 除包括由l c p 和n c p 协商的各种选项外，还包括压缩控制协议、 加密控带i 协议，这些控制协议又分别可以协商出所使用的压缩协议和加密协议。 2 2p p p 的运行机南 为了在p p p 链路上通信，p p p 链路的每一端都必须首先发送l c p 数据包以配 置和测试该数据链路。链路建立后，对等实体可能还需要认证。然后，p p p 必须 发送n c p 数据包以选择并配置一种或多种网络层协议。一旦选中的网络层协议 被配置好后，该网络层的数据报就可以在链路上传送了。链路将保持可配置的状 态直到有l c p 数据包和n c p 数据包终止它。 2 2 1p p p 协议的阶段流程图 在建立、配置和测试数据链路的过程中，p p p 经历了几个不同的阶段。如 图2 3 所示： 西北工业大学硕士学位论文第二章p p p 的工作原理 图2 - 3p p p 的阶段流程图 系统初始化处于链路d e a d 阶段，链路必须开始并且终止于这个阶段。此时 物理连接没有建立，不能进行数据通信。当某个外部事件( 如检测到载波或管理 员配置) 发生，底层向p p p 发送u p 信号，指示物理层可以使用时，p p p 将进入 e s t a b l i s h 阶段，在此阶段将协商l c p 的选项信息。若l c p 选项协商失败，则回 到链路d e a d 阶段。若l c p 协商成功，则链路的双方都进入o p e n d 状态，下一步 要进行身份认证。认证协议在l c p 选项协商阶段确定，在完成链路建立之后使用 该协议对用户进行身份认证。若认证成功，则p p p 进入网络层协商阶段；否则， p p p 将采取措施终止链路( 认证阶段是可选的) 。一旦p p p 完成了前面的工作， 每个网络层协议必须由合适的网络控制协议n c p 来配置，网络控制协议可以在任 何时候被打开或关闭。当网络控制协议到达o p e n d 状态时，p p p 将承载相应得网 络层协议分组。当网络控制协议不处于o p e n e d 状态时，收到的网络层协议分组 都将被抛弃。在正常情况下，在用户通信完毕之后，可由l c p 完成链路的终止工 作，连路回到d a e d 阶段。由l c p 完成链路的终止工作就足够了，并不需要使用 n c p 终止分组。 西北工业火学硕士学位论文 第二章p p p 的工作原理 2 2 2 选项协商自动机 p p p 的实现，主要是围绕着l c p 、n c p 的选项协商展开的，而l c p 、n c p 选项 协商的过程采用有限自动状态机实现，下面分析有限自动状态机的机理。 有限状态自动机由事件、动作、状态转移来定义的。这三个元素的关系如下： 当状态机接收到一个事件，就执行一个( 或多个或无) 动作并转换到新的状态。事 件包括接收外部命令，诸如打开、关闭、重启定时器溢出和接收到对等方的数据 包。动作包括打开重启定时器和向对等方发送数据包。有些类型的数据包，诸如 配置否定包和配置拒绝包，或者代码拒绝包和协议拒绝包，或者回应请求包、回 应应答包和放弃请求包在自动机的描述中都是不加区分的。正如后面将要提到 的，虽然这些不同类型的数据包将引起相同的状态转移，但它们却是起不同的作 用。 成功的链路建立过程如下： 物理链路被唤醒时，自动机将进入c l o s e d 状态。本机的p p p 产生o p e n 事件， 相对等的p p p 主机发送配置请求分组，开始了p p p 选项协商的工作。自动机将进 入r e q s e n t 状态，等待对等的p p p 主机发送响应。此时可能产生两种情况： 第一种情况，若配置请求的发送方收到配置确认，说明本机的配置要求已被 接受，自动机将进入a c k - r c v d 状态，等待对方的配置请求分组。若收到对方的 配置请求分组且配置选项均可接受，则发送配置确认并进入o p e n e d 状态； 第二种情况，若配置请求的发送方收到选项正确的配置请求，则发送配鼍确 认，自动机将进入a c k - s e n t 状态，等待对方发送配置确认。 若收到配置确认分组，自动机将进入o p e n e d 状态。此后，可根据阶段图采 取下一步措施，完成链路的建立工作。 状态 o124 事 i n i t i a l s t a r t i n g c l o s e d s t o p p e d c l o s i n g u p 2 i r e s r c 6 d o w n0 t l s 10 o p e n t l s 1l i r e ，s c r 6 3 r5 r 9 c l o s eo t l 仃0224 t o + s t r 4 t o t l 舵 r c r + s t “2 l r g ，s c r ， 4 s c “8 r c r - s t “2 i r e ，s c r 4 s c r d 6 r c a s t a 2s t a 34 r c ns t a 2s t a 34 r t r s t a j 2s t a 3s t a 4 r t a23t l 忱 r u c s c j 2s c j ，3 s c j 4 r x j +234 r x j t i 化t i t i 舵 r x r234 表2 - 1p p p 有限状态机状卷转移表 状态 6 7 8 9 事倬 s t o p p m gr e q _ s e n t a c ks e n ta e kr c v d o p e n e d u p d o w n1111t l d l o p e n 5 r6789 r c l o s e4i r e s t r 4 i r c ，s t r 4i r e 。s t r 4i r e ，s t r 4 t 0 +s t r 5s e r 6s c “6s c “8 t o t l 疗3 t l f 3 pt l f 3 pt l f 3 p r c r +5s c “8 s c a ，f l u 9 s c a 8 l i d ，s e r , s e a 8 r c r 5s e n 6s c r l 7s c l l 6 l i d ，s e t , s e n 6 r c a5i r e 7s c r 6 x i c r , t l u 9 l i d ，s c r 6 x r c n 5 i r c ，s c r 6s c r 6 x i r e ，s c r 8l i d ，s c r 6 x r t rs t a 5s t a 6s t a 6s t a 6 l i d ，z i c ， s t a 5 r 瑙t l f 3668 l i d ，s c r 6 r u c s c j 5s c j 6s c j ，7s e j 8 s c j 9 1 0 r x j +56 6 89 r x j t l f 3 f l s 3t l 3t l 3 t l d ，i r c ， s t r 5 r x r 5678s c r 9 表2 _ 2p p p 有限状态机状态转移表 表2 - 1 和表2 - 2 是完整的状态转移表。水平行上列出了各种状态，垂直列给 出的是事件。状态转移和动作使用这样的格式表示：动作新状态，表示执行完 某个或某些动作后转移到新的状态。事件和状态的交叉格就是动作新状态表项。 多个动作使用逗号隔开；多个动作可以按方便的顺序执行。状态后面跟着的字母， 是一种说明脚注： p 是被动选项、 r 是重启选项、 x 是交叉连接、符号一 表示不可能的状态转移。 表中使用省略语的意义如下： 状态： c l o s e d ：链路可得到，但没有产生o p e n d 事件 c l o s i n g ：试图终止该链路，已发送了终止请求，但没有收到终止确认 r e q s e n t ：试图配置链路，已发送了配置请求，但没有收到配置确认 h c k r c v d ：发送了配置请求，并收到了配置确认，但没有发送配置确认 a c k _ s e n t ：已发送了配置请求和配置确认，但没有收到配置确认 事件： r c r ：接收方发送过来的配置请求 r c r + ：接收到正确的配置请求 r c r 一：接收到不正确的配景请求 t 0 + ：超时计时器到期，重传计时器大于0 r c a ：接收到配置确认 r c n ：接收到配置否认 r t a ：接收到终止确认 c l o s e ：链路管理性关闭 o p e n ；链路管理性打开 活动： s c r ：发送配置请求 1 t 西北工业大学硕士学位论文 第二章p p p 的工作原理 s e a ：发送配置确认 s e n ：发送配置否认 s t r ：发送终止请求 s t a ：发送终止确认 2 3 链路控制协议l o p 2 3 1l o p 的功能 l c p 是p p p 中必不可少的一部分，所有p p p 的实现都必须实现l c p 。它的功 能是负责p p p 链路层链接的建立和拆除。l c p 首先检查对方是否为p p p 终端，然 后构造双向的p p p 链路层链按，所有p p p 中所谓的建立链接实际上都是选项的协 商，因此也就是说l c p 协商双向的链路层参数和选项，为网络层的协商和传输作 好准备。 2 3 2l c p 选项 p p p 的原始定义中只有基本选项，后来根据发展的需要又扩展出了一些额的 选项。建链时在建链请求( c o n f i g u r er e q u e s t ) 包中包含了需协商的选项内容， 对端检查请求包，给出a c k 、n a k 或r e j 的回答包。l c p 的基本选项如下。1 ： l 、最大接收单元 协商p p p 报文的最大包长度，缺省1 5 0 0 字节。 2 、异步控制字符映射表 异步传输时，中间的交换和传输设备可能会插入一些控制字符，因此p p p 需 要将数据包中的控制字符转义传输，所需转义的字符映射表可以进行协商，缺省 为o x f f f f f f f f ( o x o o - o x l f 的字符均需转义) 。 3 、验证协议 协商所用的验证协议。验证用于保证信息的安全性，防止帐号的盗用。目前 用于p p p 的验证的有两种协议：较为早期的p a s s w o r da u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l ”1 ( 口令验证协议) 和新近的c h a l l e n g eh a n d s h a k ea u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l 。1 1 2 西北工业大学硕士学位论文 第二章p p p 的工作原理 ( 口令握手验证协议) 。 4 、链路质量监控协议。“ 用于监测链路质量的好坏。目前用于p p p 链路质量监控的协议只有一个：l i n k q u a l i t yr e p o r t ( 链路质量报告) ，l q r 交换链路收发情况的报文。如何断定链 路质量的好坏，以及链路坏时采取何种措施，则依赖于实现。 5 、m a g i cn u m b e r 协商一3 2 位的随机数。用以标识本端点，防止回环，缺省o x 0 0 0 0 0 0 0 0 。 6 、多链路p p p 最大传输单元协商 多链路方式可以将多条物理链路合并为一条逻辑链路来使用。多条链路分别 协商p p p 协议参数，但对两端的高层应用来说是透明的，即当一条p p p 链路来使 用。由p p p 多链路协议( m p ) 完成高层应用数据的分解和复用，多链路可以增加 带宽，减少报文时延。 通过协商最大传输单元m r r u ，使锝链路双方同意使用多链路p p p ，并根据最 大传输单元决定加入那一个多链路束。一个多链路束中的各个子链路所协商的 m r r u 必须相同。 7 、多链路短序号协商 多链路p p p 报文的报头中有序号字段，缺省为3 个字节，可以通过协商仅使 用1 2 比特，提高有效数据的传输率。 8 、多链路终端鉴别符协商 终端签别符标识终端系统，通过协商该选项，多链路p p p 可以进一步判断某 一条协商了多链路操作的子链路应该属于那一个多链路束。 9 、协议字段的压缩 可以协商将协议码小于2 5 6 的协议字段幽两个字节压缩为一个字节。这个选 项对于每个字节都需节省的低速线路有意义，缺省无压缩。 l o 、和控制字段的压缩 可以协商将h d l c 帧格式中的地址( o x f f ) 和控制( o x 0 3 ) 字段省略掉，此 选项同样对低速线路有意义。缺省无压缩。 笪j ! 王些盔堂堡主堂垡堡壅 整三童! 塑塑三堡堕望 2 4ip 控制协议lp c p i p c p 。”是p p p 中i p 的控制协议，与其它网络层控制协议n c p 一样，i p c p 完 成网络层链路参数的协商，为i p 的数据传输作好准备，并在传输完成之后将链 路拆除。只有在l c p 协商完成，验证阶段结束以后，刁可以交换i p c p 的报文。 i p c p 协商完成，到达o p e n e d 状态之后，i p 报文才允许传输。 2 5p p p 的验证 l c p 协商结束之后，在进入网络层协议阶段之前，可以经过一个可选的验证 阶段。验证是为交换电路或拨号线而设，当然也可以应用到专线上。如果需要验 证的话，必须在l c p 中协商验证选项。目前p p p 上可用的验证协议有两种： p a s s w o r da u t h e n t i c a t i o n p r o t o c o l 嘲( p a p ) 和c h a l l e n g eh a n d s h a k e a u t h e n t i c a t i o np r o t o c o l ( c h a p ) 。 2 5 1p a p p a p 是一种比较简单的验证协议。它使用两次握手的方法来进行验证，l c p 协商结束后，不断地在线路上传用户标识和密码，直到收到对方的认证许可。因 为标识号和密码都是在线路上明码传输的，所以p a p 不是一种很健壮的验证协 议。 2 5 2c h a p c h a p 相对于p a p 来说，在保密性和健壮性上都要强得多。c h a p 的工作过程 经历三次握手，并且事先双方都知道一个s e c r e t 值，这个值不需在线路上传。 在l c p 的建链结束之后的任何时候都可以发起要求验证的请求。 c h a p 的工作过程如下： l 、连接建立阶段完成以后，要求发起验证方发送一个c h a ll e n g e 报文给对 方( c h a l l e n g e 值随机) 。 1 4 西北工业大学硕士学位论文第二章p p p 的工作原理 2 、被验证方根据接收到的c h a l l e n g e 值和s e c r e t 值作为输入，利用m d 5 算 法计算出结果值，给发起验证方发送响应报文。 3 、发起验证方将收到的响应值与自己的计算结果相比较，如果匹配，则发 送s u c c e s s 报文；否则，发送f a i l u r e 报文，并关闭链路。 其中，m d 5 算法是一种公共的加密算法，它的输入是0 到任意长度的位串， 产生1 2 8 位的输出，而且这个过程是不可逆的。 2 。6p p p 的压缩 p p p 的压缩有三层：由l c p 选项协商的p p p 帧格式的压缩；由n c p 选项的网 络层协议数据的压缩，如i p c p 中协商的v jt c p i p 报头的压缩；由压缩控制协 议。1 ( c c p ) 协商的p p p 报文压缩。 压缩控制协议c c p 与l c p 交换报文的机制一样，也是通过同样的协商机制来 决定所使用的压缩协议。只有当p p p 到达网络层阶段以后，才可以交换c c p 的报 文。当c c p 的状态机到达o p e n e d 状态以后，才允许使用所协商的协议来压缩数 据。双向链路分别独立协商各自的压缩协议，但是每一个方向上只允许使用一种 压缩协议。 传送压缩的数据包时，p p p 协议域o x o o f d ，代表数据为压缩格式，而不是代 表所使用的压缩协议。对于多链路p p p ，有两种压缩形式：一种是先对逻辑上的 p p p 进行数据压缩，再分配带宽到各个实际链路中；另一种是对每一个实际的p p p 链路分别对待，独立地决定是否协商数据压缩。对后一种方式，p p p 协议域为 o x o o f b ，代表单独链路的压缩数据。 c c p 可以协商的压缩协议分为两大类，一类是公共通用的压缩协议，有 p r e d i c t o r 压缩、g a n d a l ff z a 压缩、b s dl z w 压缩等等；另外一类是各厂商专 有的压缩协议，称为o u i 压缩。o u i 是i e e e8 0 2 分配给生产厂商的组织唯一标 识号，即为其以太网物理地址的前三个字节。 西北工业大学硕士学位论文第二章p p p 的工作原理 2 7p p p o e 和p p po v e rt c p 2 7 1p p p o e 所谓p p p o e ( p p po v e re t h e r n e t ) 就是在以太网上面跑p p p 协议，有人奇 怪了，p p p 协议和e t h e r n e t 不都是链路层协议吗? 怎么一个链路层跑到另外一 个链路层上面去了。难道升级成网络层协议了不成。其实这是个误区：就是某层 协议只能承载更上一层协议。 为什么会产生这种奇怪的需求呢? 这是因为随着宽带接入( 这种宽带接入一 般为c a b l em o d e m 或者x d s l 或者以太网的接入) 由于以太网缺乏认证计费机制而 传统运营商是通过p p p 协议来对拨号等接入服务进行认证计费的，所以就出了这 么一个怪胎：p p p o e 。 p p p o e 带来了好处，也带来了一些坏处，比如：二次封装耗费资源，降低了 传输效能等等，最大的坏处就是p p p o e 导致m t u 变小了以太网的m t u 是1 5 0 0 ， 再减去p p p 的包头和包尾的开销( 8 b y t e s ) ，就变成1 4 9 2 。 2 7 2p p po v e rt c p 如图2 - 6 所示，甲、乙两点想通过公网建立点对点( p o i n t t o p o i n t ) 通信， 但是由于公网的组成非常的复杂，它有可能由e t h e r n e t 、w i r e l e s s 、a t m 等等组 成，如果我们一味地采用p p po v e re t h e r n e t 这种方式使得甲、乙两点之间建立 点对点通信，那么很有可能就得不到公网的认可。此时，若采用p p po v e rt c p 这种方式使得甲、乙两地之间建立点对点通信，那么就没有那么多的麻烦了。 西北工业大学硕士学位论文 第二章p p p 的工作原理 由 公阿 z 圈2 6 如果某个设备名为主机名：端i ：l t c p ，p p p 将会打开一个t